抗回火性熱處理工藝論文范文

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1生產中的問題

1.1滲碳+空冷→二次加熱淬火→回火能夠很好地滿足M和AR級別要求，碳化物級別良好，但是，二次加熱淬火又造成產品的變形量超差，約30%不合格。

1.2滲碳+空冷→真空爐二次加熱淬火→回火金相組織能有效保證，變形量基本能保證合格，但是由于真空爐淬火油冷卻速度慢，心部容易出現上貝氏體，且F也容易超標，真空爐裝爐量小、前后清洗困難、生產效率低下。

1.3多用爐碳氮共滲+直接淬火→回火熱處理變形能保證合格，但是M、AR、K很難保證同時合格，金相組織難于控制。由于N原子的滲入，使得Ac1、Ac3線下降，從而使得材料的過熱傾向性比滲碳要大，淬火后M和AR級別比同溫度的滲碳工藝要高，因此，要控制好碳化物、M和AR級別通常采用較低的溫度和適當的碳勢和通NH3量。雖然，原始坯件經過調質處理，但是，M和AR級別很難“持續、穩定地”控制在3級以下，經常出現4～5級馬氏體，這樣給后續冷處理帶來麻煩，有時AR級別達到4～5級，即使冷處理后AR也不會降到≤1%，需要進行兩次冷處理加兩次回火，并適當提高回火溫度。另外，如果M、AR和K級別同時為1級的時候，產品的抗回火性能差，回火后往往硬度偏低，特別是后續磨加工后，表面硬度降到59HRC以下，偶爾還發現有的為58HRC。因此，必須將M和AR級別穩定地控制在2～3級、碳化物3～4級才能保證產品質量。

2改進工藝試驗

2.1多次回火+適度升高回火溫度針對上述碳氮共滲工藝，再通過多次回火來消除多余的AR、使M轉化成回火馬氏體。或采用適度升高回火溫度，將溫度由原來的175℃提高到190℃，通過兩次回火，M和AR級別在4級的情況有所降低，但是評定為3級也很勉強，再增加回火次數，由于AR陳穩化，已經沒有作用。如果繼續升高溫度，表面硬度將進一步下降，內孔表面硬度已經到了下極限。很顯然，這種方法效果有限，每一爐產品都單獨制定回火工藝，不是從根本上解決問題的有效辦法。

2.2碳氮共滲抗回火性能的初步試驗根據20CrMo鋼[1]的Ac1、Ac3，確定碳氮共滲溫度845℃，其他工藝參數見表1，其中氨流量及碳勢均高于常規碳氮共滲熱處理工藝。試驗結果：產品變形量合格；；淬火狀態下測定層深0.48mm(金相法測定全滲層)，M和AR均4級，K是1級，心部F是8級，心部硬度33～34HRC，表面硬度58～61HRC；經260℃×3h回火，再次測量，M和AR均為2級，表面硬度55～56HRC，采用洛氏硬度機直接測量結果為79.5～80HRA，換算結果為57～58HRC。試驗結果說明：升高回火溫度后確實能降低M和AR級別至合格范圍；雖然表面硬度已經不合格，但是通過HRA測定，表面硬度并沒有過分降低，說明抗回火性能較好，只是因為滲碳層太淺，承載能力差，需要增加滲層深度提高承載能力，同時適當降低回火溫度；心部F及心部硬度不合格，淬火溫度過低。

2.3高氮、高碳勢共滲及適度升高回火溫度由于20CrMo滲碳后，特別是采用高碳勢滲碳后其化學成分具有類比性的鋼號是GCr9軸承鋼，該鋼在220℃回火能保證硬度≥60HRC[1]，據此采用220℃回火。因碳氮共滲具有提高耐回火性的作用[2]，試驗了采用高氮、高碳勢碳氮共滲以進一步提高工件的抗回火性。適度調整回火溫度，可以分解過量的AR同時分解粗大的M針(保證M和AR≤1～3級，K1～4級)，可以同時滿足工件使用尺寸穩定性(AR≤1%)、耐磨性(內外表面硬度60～63HRC)及變形量小的技術性能要求，延長共滲時間增加層深，提高承載能力，具體熱處理工藝參數改進如下：(1)通氨量由0.4m3/h增加到0.6m3/h，增加N固溶度，進一步增強抗回火性能。(2)采用1.10%的高碳勢、降溫階段也保持高碳勢1.0%～0.9%，以及提高共滲及擴散溫度，使得工件表面獲得高于常規碳氮共滲的碳勢(0.95%～1.0%)，增加淬火后的初始硬度，增強抗回火性。(3)共滲溫度由845℃升高到860℃，加快共滲速度；共滲時間由110mim延長到490min，則共滲層深度由0.48mm提高到0.8mm的上極限附近，增強承載能力。(4)將淬火溫度由805℃升高至840℃，保證心部硬度F≤4級。(5)選擇適當高的回火溫度220℃，保證表面硬度，同時分解大量的殘余奧氏體和粗大的馬氏體；同時，由于回火溫度較高，淬火壓應力更加松弛，使得冷處理時AR轉變更加容易。高氮高碳勢碳氮共滲工藝參數見表2所示。試驗結果：產品變形量仍然合格；淬火狀態測量層深0.80m(金相法測定全滲層)，M和AR均為4～6級，碳化物3～4級，心部F3～4級，心部硬度35～37HRC，表面硬度≥63HRC。經220℃×4h回火后測量：M和AR均為2～3級，碳化物3～4級，心部F3～4級，心部硬度35～36HRC，表面硬度60～63HRC，各項指標全部合格。

3結語

(1)通過高氮、高碳勢碳氮共滲更加進一步地提高了抗回火性能，適度升高回火溫度通過部分馬氏體和殘余奧氏體的分解，保證M和AR始終穩定地控制在2～3級以內。(2)由于抗回火性、氣氛碳勢、產品表面碳質量分數的提高，避免了同時出現1級M、1級AR和1級碳化物的可能性，保證了在較高溫度回火后產品內孔及外表面硬度≥60HRC，保證了耐磨性。(3)由于回火溫度的升高，使得冷處理時AR能更容易充分地轉變，保證了工件使用中尺寸的穩定性。(4)碳氮共滲及直接淬火保證了產品變形符合要求。

作者：徐斌李培澤單位：包頭職業技術學院材料工程系易普森工業爐(上海)有限公司